空分培训教材

第一部分空气深冷分离的原理及设备工艺流程

第一章空分深冷液化分离原理

第一节概述

一.空分装置发展简况

当今世界科技与经济飞速发展，各行各业对氧、氮、筑的需求急增，用量越来越大，也就促使

空分设备（制氧机）越造越大。现国外空分设备特点是：巨型化、填料塔、无氢制负、内压缩、

气液并产、高自动化、高可靠、低能耗、长周期等。对于国内企业来说近几年发展很快，包

括杭州制氧机集团有限公司、开封空分集团有限公司、四川空分设备集团有限公司都在不断壮

大空分设备也越造越大，但与国外知名公司还有差距。法国液化空气公司（以下简称法液空或

L'air）建于1902年（克劳特发明活塞式膨胀机，建立"克劳特液化循环〃之年）。1910年制成第

一台中压带膨胀机的10m3/h制氧机，开始生产空分设备。1917年制成125m3/h制氧机。1925

年法液空在意大利建成世界上第一家以管道来供应氧气"945年制成800m3/hO2、3300m3/hN2

同时制取的空分设备。1957年制造10750m3/h空分设备。随后法液空制造过16250、20800、

25900>43700、50400.66900>74000等m3/h大型空分设备。

法液空是法国唯一生产空分设备的厂家，是世界上资格最老的空分设备制造公司之是世界第一

大气体公司

德国林德冷冻机械制造公司（以下简称林德公司或Linde）创建于1879年6月。1895年5月29

日，林德利用焦耳一汤姆逊效应制成世界上第一台3L/h高压空气液化装置,液化空气获得成功,

并投入工业生产，建立了〃林德节流液化循环〃，随之林德公司设立气体液化部，开始设计和研

制气体液化和气体分离设备。1896年，林德通过液化空气的部分蒸发获得氧量为50%的混合

物。1900年，林德制成用氨预冷的实用化的空气液化装置，并在博览会上首次展出。1902年,

林德设计第一台单级精播的制氧机。1903年由卡尔・林德设计制成世界上第一台工业性10m3/h

制氧机，采用高压节流单塔流程，制氧机从此诞生。1907年制成50m3/h制氧机。19w年制

成80m3/h和150m3/h制氧机，1930年试制成功第一台工业规模林德•法兰克尔（蓄冷器）型

255m3/h、99%〜99.5%02的制氧机。1939年制成3350m3/h、98%02的制氧机。1947年林德

公司开始开发全低压工艺氧设备。1957年制成10000m3/h空分设备。20世纪60年代后，林

德公司制造过11000、12000.12500、20000.26000、28000、30000、37250、40000.44600、

55030>70000m3/h等空分设备。

美国空气制品与化学品公司（以下简称APCI）创建于1939年。1941年制造出第一台空分设备。

1961年制成10500m3/h空分设备。1964年制成25000m3/h空分设备。另外还制造过30000、

33500、35000、48000m3/h等空分设备。。APQ最大的空分设备为供荷兰鹿特丹壳牌石油公司

的90520m3/h空分设备己于1997年投产，其加工空气量为45万m3/h,可同时生产

90520m3/hO2>216450m3/hN2、450t/d液态产品和2878m3/hAr。国外大气体公司注重对自己

产品的更新换代，为用户节能降耗，增加效益。从趋势看，化工型空分设备的需求可能要超过

冶金型空分设备的需求。因此，空分设备的未来前景还将是好的。当前世界空分设备公司，法

液空、APCK林德“三足鼎立〃，竞争发展；BOC、普莱克斯、梅塞尔也在努力拼上，可谓后〃三

足鼎立〃。我国空分设备行业，近几年从低谷攀升，形势好转，也形成了杭氧、开空、川空〃三

足鼎立〃的局面（不计合资公司）。世界空分流程基本定型，我国与国外的差距正在缩小。

经过几十年的发展，我国空气分离设备制造业已形成杭州杭氧股份有限公司、四川空分设备（集

团）有限公司、开封空分集团有限公司三足鼎立局面。另外，法液空、林德等跨国公司在中国

建立了合资或独资空分设备制造企业，给中国空分设备制造企业发展增添了新的力量。2004

年年末，杭氧与德国梅塞尔集团签署了联合促销与发展协议，使我国空分设备制造有望挑战世

界垄断市场。

空分设备制造领域，国内企业与国外先进水平至少有十年的差距。大型空分设备，还是跨

国气体公司占优势。中国经济迅猛发展，钢铁、石化、化工更是超常规发展，工业气体的增速

为12%〜15%。为此引进了100多套大型空分设备，宝钢还引进了72000m3/h的空分设备。

而国内企业所获订单甚少，杭氧设计制造的52000m3/h空分设备，代表了国内最高水平。

二.空气分离的方法：

1.低温法：先将空气通过压缩、膨胀降温，直至空气液化，在利用氧、氮的气化温度（沸点）

不同，沸点底的氮相对于氧要容易气化这个特性，在精傕塔内让温度较高的蒸气与温度较低的

液体不断相互接触，液体中的氮较多地蒸发，气体中的氧较多地冷凝，使上升蒸气中含氮量不

断提高，下流液体中的含氧量不断增大，以此实现将空气分离。要将空气液化需将空气冷却到

・173.15C以下的温度，这种制冷叫〃深度冷冻〃；而利用沸点差将液空分离的过程叫〃精微过程〃。

低温法实现空气分离是深冷与精馀的组合，是目前应用最为广泛的空气分离方法。

2.吸附法：它是让空气通过充填有某种多孔性物质一一分子筛的吸附塔，利用分子筛对不同

的分子具有选择性吸附的特点，有的分子筛（如5A、13X等）对氮具有较强的吸附性能，让氧

分子通过，因而可得到纯度较高的氧气；有的分子筛（碳分子筛等）对氧具有较强的吸附性能,

让氮分子通过，因而可得到纯度较高的氮气。由于吸附剂的吸附容量有限，当吸附某种分子达

到饱和时，就没有继续吸附的能力，需要将被吸附的物质驱赶掉，才能恢复吸附的能力。这一

过程叫〃再生〃。因此，为了保证连续供气，需要有两个以上的吸附塔交替使用。再生的方法可

采用加热提高温度的方法（TSA）或降低压力的方法（PSA）.这种方法流程简单，操作方便，运

行成本较低，但要获得高纯度的产品较为困难，产品氧的纯度在93%左右。并且，它只适宜于

容量不太大（小于4000m3/h）的分离装置。

3.膜分离法：它是利用一些机聚合膜的渗透选择性，当空气通过薄膜或中空纤维膜时，氧气

的穿透过薄膜的速度约为氮的4~5倍，从而实现氧、氮的分离。这种方法装置简单，操作方便,

启动快投资少，但富氧浓度一般适宜在28%~35%,规模也只宜中、小型，所以只适用于富氧燃

烧和医疗保健等方面。目前在玻璃窑炉中已得到实际应用。

三,空分装置类型

制氧机的分类方法很多，按产品的状态分为产气氧、产液氧，既产气氧又产液氧的制氧机;

按产品种类分有单高产品、双高产品（氧和氮）带氨制氧机（氧、氮和氧）及全提取（氧、氮、

筑及其他稀有气体）。

依照产量分有小型制氧机，小时产量小于1000m3/h；中型制氧机，小时产量1（X）（）〜1（）000

m3/h；大型制氧机大于10000nrVho

根据操作压力分成高压制氧机，操作压力为20Mpa；中压制氧机操作压力通常为1〜5Mpa；

全低压制氧机其操作压力为0.5〜0.6Mpa。制氧机的操作压力是由低温循环系统压力而决定的。

高压流程的液化循环是以节流为基础的低温循环；中压流程的液化循环是以克劳特循环为基础

的；而低压流程的液化循环的基础是卡皮查循环。

按换热器类型分，可分为板式、管式、管板式制氧机。

第二节空气的净化

空气是多组分的混合气体，除氧、氮及稀有气体组分外，还含有水蒸气、二氧化碳、乙快及其

它碳氢化合物，并含有少量灰尘等固体杂质。这些杂质随空气进入空压机与空气分离装置中会

带来较大的危害。固体杂质会磨损空压机的运转部件，堵塞冷却器，降低冷却效率及空压机的

等温效率。而水蒸气和二氧化碳在加工空气冷却的过程中会首先冻结析出，将堵塞设备及气体

通道，致使空分装置无法生产。更严重的是，乙快及其它碳氢化合物在空分装置中枳聚会导致

爆炸事故的发生，所以为了保证制氧机的安全运行，必须设置专门的净化设备。

空气净化方法有机械杂质的过滤清除和化学法清除水分或二氧化碳。所谓化学法就是应用

某种适当的化学反应将杂质清除；冻结法将杂质转变成固体加以清除；应用较多的是吸附法。

此法乃是利用固体表面对气体杂质的吸附特性而使空气净比。

一.机械杂质的清除

在工业区的空气含尘量一般为1~5mg/n?,灰尘粒度为0.5~20|jm,就以10000m3/h制氧机的加工

空气量估算，每天随加工空气带到空分装置的灰尘就有10kg之多。空压机如果直接吸入这样脏

的空气，很快就会损坏，因此：在空压机入口管道上均设置空气过滤器，清除空气中的固体杂

质。

固体杂质颗粒直径大于l（）（）pm的在重力作用下会自动降落，小于（）"m的极小粒子不致引起危

害。故净除的对象为的尘粒。显然，粒度越小的尘埃越难以清除。空气过滤器主要

捕集的是的尘粒。净除后空气中含固体杂质的量小于O.5mg/n?。

1、过滤除尘原理

过滤作用对于大的尘粒用其重力或惯性力、离心力使之沉降。相应有惯性除尘器及离心除

尘器。

对于尘粒的直径小于的捕集是利用扩散粘附力或库仑力的作用将其净除。扩散捕集

是尘粒杂乱无章的自由运动，碰撞纤维而沉降，或者因为捕集表面的间隙，例如织物的网眼等

于或小于尘粒的直径，尘粒被阻挡或筛分。粘附捕集是用液滴、液膜、气泡等洗涤含尘气体，

使尘粒粘附或相互凝集而净除。库仑力除尘也就是电除尘。它是用高压直流电形成不均匀电场,

电场电晕放电使尘粒带电，将其捕集于集尘电极上。空分装置加工空气中的尘粒是微小的，通

常小于又因为安全的原因，所以空气过滤器多采用扩散粘附的原理，相应的过滤器有

表面式或内部过滤式过滤器。表面过滤的滤料为布、网等织物或过滤纸。内部过滤的滤料为纤

维层、颗粒层多孔陶瓷等。

2、过滤器的分类

根据除尘原理，空气过滤器可分为干式或湿式两种。干式过滤器属于表面式过滤器，靠织

物网眼阻挡尘粒；湿式过滤器靠油膜粘附灰尘。

2.1湿式过滤器

在空分装置中常用的湿式过滤器有两种：拉西环式空气过滤器和链带式过滤器。

2.1.1拉西环式过滤器

它具有钢制外壳，在其内插入装填拉西环的插入盒，环上涂有低凝固点过滤油，空气通过

插入盒，灰尘便附着在过滤油上，同时由于空气流速的降低，部分灰尘也将沉降于其中。这种

空气过滤器不需要特殊的操作，只需要注意过滤的阻力。当装置停车时，应清洗插入盒，用氢

氧化钠溶液或煤油洗涤，然后再用水洗并干燥，使用刷子或将插入盒沉没于油容器中的方法，

使拉西环上均匀的粘附一层油，多余油在几小时内，从插入盒内流出，则重新将盒插入过渡器

中，插入盒中的拉西环应装填均匀，不留自由空间，否则空气从空位通过，过滤效果变差。

2.1.2链带式空气过滤器

过滤器由许多链组成，片状链带上装有框架，每个框架上铺有几层孔为Imn?的丝网。框

架挂在链带活动接点上。链带靠电动机变速传动，经链轮以2mm/min的速度缓慢移动或间歇移

动。过滤器装在外壳内，外壳下面有油槽。当空气通过网架时，所含的灰尘被网上的油膜所粘

附。随着链轮的回转，附着的灰尘通过油槽时被洗掉并被覆盖上一层新的油膜。此种过滤器的

主要缺点是除尘后的空气中含有少量的油滴一旦加工空气量增大，气流速度增大，含油量会大

大增加。为防止空气中带油，可在链带式过滤器后增加一道干式过滤器。

L2干式过滤器

2.2.1干带式空气过滤器

干带是一种尼龙丝织成的长毛绒状制品。它由一个电动机变速传动，随着灰尘的积聚，空

气通过干带阻力增大。当超过规定值时（约为147pa）,带电接点的压差计将电机接通，使干

带转动。当空气阻力恢复正常时，即自动停止转动。这种过滤器通常串联于链带式过滤器

之后，用来清除空气中夹带的细尘和油雾。过滤后空气中基本不含油。这种过滤器效率很高，

对粒度大于0.003mm的灰尘，过滤效率为100%,粒度为QOO8~O.OO3mm的灰尘，过滤效率为

97%o

2.2.2袋式过滤器

袋式过滤器的滤袋由羊毛毡与合成纤维织成。每个袋的尺寸约为e223mmX2,高度为

9130mm,滤袋数目取决于气量的大小，过滤风速约为0.04~0.1m/s。空气从顶部进入，经分配

器后流入袋内，经滤袋过滤后由下部流出。积聚在袋上的灰尘靠反吹风机吹落。当灰尘在滤袋

上积累到使压差达到980pa时，反吹罗茨风机及反吹环就自动起动，反吹空气通过胶皮软管进

入过滤器内的反吹装置，反吹环由0.4kw的电动机带动，并设有限位开关，能上下来回移动，

反吹空气经过分配管至反吹环局部反吹滤袋，不需停止或切换过滤器就使整个滤带均能被反吹

干冷。当压差降至548.8pa时，反吹风机及反吹环就自动停止。被反吹下来的灰尘落入底部灰

斗，定时由星形阀排出。这种过滤器的过滤效率很高，对粒度大于0.0002mm的灰尘，效率在

98%以上。并且过滤后的空气中不含油分，也不消耗油，操作方便。此外，对空气灰尘含量不

受限制，适应性好，对不同容量的空分装置可用改变滤袋的数目来适应，比较方便。其缺点是

过渡速度较高，阻力较大，高达588〜1176pa；对湿度太大的地区或季节，滤袋易被堵塞。

2.2.3固定筒式过滤器

此种过滤器有64个单元模件，每个模件有4支滤芯，每8支滤芯为1小组，以程序控制器按

顺序用空压机后的压缩空气反吹除灰。性能参数是空气速度lm/s,初始阻力8mmH?。。当阻力

达到750pa时，自动反吹其中4个模件，阻力降至5()()pa自动停吹。滤芯一般可用16~24个月，更

换下来的滤芯只要更换新滤料仍然可以使用。此过滤器对3~51am的尘粒，过滤效率为99.99%。

这种过滤器适用于尘量较大的地区，过滤效率高且便于维护。既便是更换滤芯也只需要一个人

站在平台上就能完成。

2.2.4自洁式空气过滤器

现代制氧机普遍采用自洁武空气过滤器，自洁式空气过滤器的主要部件包括：空气滤筒、

脉冲反吹系统、净气室、框架、控制系统。反吹系统由气动隔膜阀、电磁阀、专用喷嘴及压缩

空气管路组成。控制系统主要由脉冲控制仪、差压变送器、控制电路等组成。自洁式空气过滤

器的净气室出口与空压机入口连接，在负压的作用下，从大气中吸入加工空气。空气经过过滤

筒，灰尘被滤料阻挡。无数小颗粒粉尘在淀料的迎风表面形成一层尘膜。尘膜可使过渡效果有

所提高，同时也使气流阻力增大。当阻力增至高限600Pa时，由压差变送器将阻力信号传给脉

冲控制仪中的电脑，电脑发出指令，自洁系统开始工作；电磁阀接到指令后，按程序控制、驱

动隔膜阀，隔膜阀瞬间释放出压缩空气，其压力为600〜BOOkPa,经喷嘴整流后，自滤筒内部

反吹滤筒，将滤料外表面的粉尘吹落，阻力随之下降。当阻力达到滤料的初始阻力(约150Pa)

时，自洁系统停止T作.自洁式过滤器的滤筒分成多组,每组包括多个滤筒.每组都设置一个

隔膜阀。某一个阀门动作，只反吹它涉及到的那组滤筒，其余各组照常工作，因此自洁系统不

影响过滤器的连续工作。滤筒的使用寿命为18〜24个月。滤料为优质防水型滤纸。当滤筒阻力

经反吹，居高不下，并升至报警值(800Pa)时，表示滤筒需要更换。更换滤筒的操作简单易行,

亦无须停机。

自洁空气过滤器的优点有：

1)滤筒的过滤效率高，阻力低，使用寿命长，且能抗水雾;

2）自动反吹清扫灰尘，达到自洁。可保证空压机连续2年以上不间断运行。实验证明，连

续运行5〜10年的离心式空压机内部无明显结垢，叶片毫无粉尘磨损的痕迹；

3）设备检修维护方便，费用低。滤筒寿命长，更换方便，且可以不停机更换。滤料为优质

防水纸料，价格便宜；

4）脉冲反吹自洁式空气过滤器为干式空气过滤器，与湿式空气过滤器相比，加工空气不带

油，没有危及空分装置安全的问题。

二.水分、二氧化碳、乙焕的清除

空气中水分的含量约为4〜4（）g/n】3空气，二氧化碳的含量约为（）.6〜0.9g/n/空气。空分装置

是在温度很低的范围内操作，其中最低的温度约为-194℃。在这样低的温度下，空气中的水分

及二氧化碳早已全部以固态的形式析出。当空气的温度低于0C时，水分即开始变成冰或雪，

二氧化碳在-130C左右时也开始以固态形式析出。这些杂质在低温换热器、透平膨胀机或精储

塔里冻结，就会堵塞通道，管路和阀门，致使传热、精微恶化，阻力增大，冷损增加。这样，

不但使经济性降低，严重时甚至使装置无法正常工作，只得停车加温。为保证制氧机能长期安

全运转，在大型全低压制氧机中，主要采用切换式换热器（蓄冷器或可逆式换热器）来清除空

气中的水分和二氧化碳。此外，还有二氧化碳吸附器、干燥器及过滤器等设备。

切换式换热器除用来回收低温产品气体（氧气和氮勺）的冷量及冷却空气外，同时能不靠

化学药剂或吸附剂，自动清除空气中的水分和二氧化碳，因此叫自清除。它的基本原理是当空

气通过切换式换热器时，空气从室温冷却至-172C,使空气中的水分及二氧化碳基本上全部冻

结在换热器的通道内，空气以干燥状态离开换热器。经一定时间间隔后，自动将通道切换，让

低压的干燥返流气体通过该通道，使前一阶段冻结的水分和二氧化碳在该气流中蒸发、升华而

被带走，保证通道畅通，使下周期空气通过时，水分及二氧化碳又有继续被冻结清除的可能。

因止二，自清除包括冻结与清除两个阶段。

自清除问题的解决，为全低压大型制氧的发展提供了可能，它也是保证制氧机正常运转的

关键问题之一。因此，必须对自清除的原理有充分的了解。

清除空气中的水分、二氧化碳和乙怏的方法最常用的是吸附法和冻结法。冻结法就是空气

流经蓄冷器或切换式换热器时把其中所含的水分和二氧化碳冻结下来（乙快不能冻结），然后被

干燥的返流气体带出装置，即自清除。吸附法就是用硅胶或分子筛等作吸附剂，把空气中所含

的水分、二氧化碳和乙烘，以及液空、液氧中的乙烘等杂质分离出来，浓聚在吸附剂的表面上

（没有化学反应），加温再生时再把它们赶掉，从而达到净化的目的。例如设置干燥器、二氧化

碳吸附器、液空吸附器、液氧吸附器。采用分子筛净化流程可用分子筛同时吸附清除空气中的

水分、二氧化碳和乙焕，使流程简化，已在制氧机上普遍地被采用。下面主要介绍分子筛净化

流程。

在大型空分装置中，除了靠切换式换热器冻结清除水分和二氧化碳外，加温用的干燥空气

通常是用水分吸附器（T燥器）束清除水分。有的还设有启动干燥器，作为启动阶段清除空气

中的水分之用，以保证切换式液热器在启动时的正常工作，同时避免在透平膨胀机内因温度降

低而析出水分，保证膨胀机的安全运转。对采用中抽法的蓄冷器，中抽空气中的二氧化碳靠二

氧化碳吸附器来清除，同时吸附掉部分乙焕。在切换式换热器中未被清除干净的固体二氧化碳

颗粒由过滤器过滤掉。空气中的乙快不可能在切换式换热器内被冻结清除，而它又是制氧机最

危险的敌人。它主要也是靠吸附法来清除。

吸附法是一种较先进的技术，在小型制氧装置中，对水分和二氧化碳的清除早期是采用化

学法。用碱水（氢氧化钠溶液）洗涤二氧化碳，生成碳酸钠。用粒度为25〜4（）毫米的固体烧碱

与水起化学反应，清除水分。采用这种方法，烧碱需经常消耗更换，无法再生。清除1公斤水

分约需消耗0.9~1公斤碱，因此成本高，劳动量大，并且清除效果差。净化后的水分含量0.8~1g/n?

空气，相应的露点为-20℃。所以目前逐步被吸附法所代替。

1.吸附

某种物质的分子在一种多孔固体表面浓聚的现象称之为吸附。被吸附的物质叫“吸附质”，

而具有多孔的固体表面的吸附相称作“吸附剂”。依据吸附质与吸附剂之间的吸附力的不同，

吸附又可分为物理吸附和化学吸附。物理吸附的吸附力为分子力也称为范德华吸附；而化学吸

附则是由化学键的作用而引起的。净化空气所采用的吸附法纯属为物理吸附。对于吸附剂而言，

固体表面上有未饱和的表面力，为使表面力作用加强，活性显著，吸附剂应该是颗粒状的多孔

物质。吸附使表面力饱和，表面能降低，因而吸附过程放热，所放出的热量称为“吸附热”。

不管吸附力的性质如何，在吸附质与吸附剂充分接触后，终将达到动态平衡，被吸附的量达到

了最大值，即饱和。所谓动态平衡是指吸附和解吸的分子数相等，处于平衡状态，比时吸附剂

失去了吸附的能力。吸附和解吸事实上是同时进行的。只不过未达饱和前吸附的量大于解吸的

量而己，可见，吸附与解吸是对立而统一的，在一定条件下可以相互转化。掌握了这个转化条

件就可以设法使吸附质从吸附剂表面上解脱出来，达到吸附剂再生的目的。当吸附达到饱和时，

使吸附质从吸附剂表面脱圈，从而恢复吸附剂的使用能力的过程谓之解吸（或再生），与吸附

相反，解吸需要吸热称为“脱附热”。“脱附热”与“吸附热”相等。

2.吸附剂

作为吸附剂应该是多孔固体颗粒。它具有巨大的表面积。吸附剂的吸附能力要强，也就是

吸附容量大。吸附容量是指每千克吸附剂吸附被吸物质的量。吸附剂应具备选择性吸附特性，

才能应用它进行净化或分离。此外，吸附剂应该有一定的机械强度和化学稳定性，容易解吸(或

再生)，而且易获得价格低廉。

空气分离常用的吸附剂有硅胶、铝胶、分子筛。

2.1硅胶。

硅胶的分子式为SiO2・nH?O,是一种坚硬无定形链状和网状结构的硅酸聚合物颗粒，为一

种亲水性的极性吸附剂。能吸附大量的水分。当硅胶吸附气体中的水分时，可达具自身重量的

50%,而在相对湿度60%的空气流中，吸湿量也可达其重量的24%。吸水后吸附热很大，可使

硅胶温升到100%,并使硅胶破碎。硅胶分为细孔硅胶和粗孔硅胶。

2.2活性氧化铝。

它是氧化铝的水化物AI2O3・nHz。。活性氧化铝与硅胶不同，不仅含有无定形的凝胶，还

含有氢氧化物晶体形成的钢性骨架结构，因而很稳定，它是无毒的坚实颗粒，浸入水中也不会

软化、溶胀或崩裂，耐磨抗冲击。

2.3分子筛。

制氧机应用的分子筛为沸石分子筛。它是结晶的硅、铝酸盐多水化合物。分子筛目前主要

有A型、Y型和X型三个类型，而每一类型分子筛按其阳离子不同，其孔径和性质也有所不同,

常用的分子筛的型号的孔径列举如下：钾A型(3A)分子筛钠A型(4A)分子筛：钙A型(5A)

分子筛：钙X型(10X)分子筛：钠X型(13X)分子筛：钙Y型和钠Y型分子筛。分子筛吸

附剂的吸附特点：

2.3.1选择吸附。根据分子大小不同的选择吸附：各种类型分子筛只能吸附小于其孔径的分子。

根据分子极性不同的选择吸附：对于大小相类似的分子，极性愈大则愈易被分子筛吸附。根据

分子不饱和性不同的选择吸附：分子筛吸附不饱和物质的量比饱和物质为大，不饱和性愈大吸

附得愈多。根据分子沸点不同的选择吸附：沸点愈低，越不易被吸附。

2.3.2干燥度很高。分子筛比其它吸附剂（硅胶、铝胶）可获得露点更低的干燥空气，通常可

干燥到-70C以下。因此，分子筛也是极良好的干燥剂。既便气体中的水蒸汽含量较低，分子

筛也具有较强的吸附力。分子筛对高温、高速气体，也具有良好的干燥能力。

2.3.3吸附能力。分子筛在吸附水的同时，还能吸附乙恢二氧化碳等其它气体。水分首先被吸

附。吸附顺序是H2O>C2H2>CO2对于碳、氢化合物的吸附顺序为丙烯〉乙快〉乙烯）乙烷〉甲烷。

2.3.4分子筛具有高的稳定性，在温度高达700℃时，仍具有不熔性的热稳定性。除了酸与强

碱外，对有机溶剂具有强的抵抗力。遇水不会潮解。

2.3.5有简单的加热可使其再生。一般再生温度为200~320℃,脱除燃需100C,脱除H2O需

300C,再生温度愈高再生越完善，吸附器工作性能愈好，但分子筛寿命会缩短。随再生次数

的增加，吸附容量要降低，例如经200次再生后的分子筛，其吸附容量下降30%,但此后一直

可俣持到再生2000次。

分子筛在分离与净化气体方面有很大的应用价值，不但能高效地进行净化和分离，同时也

能将吸附物质回收，得到高纯度的气体。近年来分子筛在空分装置上得到了广泛地应用。

3.吸附的机理

3.1吸附质的扩散

吸附的发生，可分为两个阶段。第一阶段为外扩散，即吸附质从气体主流通过吸附剂颗粒

周围的气膜到颗粒表面，而后发生吸附，称作外表面吸附。第二阶段为内扩散，即吸附质分子

从颗粒外表面未被吸附而进入颗粒内部，被内表面吸附。而内扩散还分为表面扩散和孔扩散。

表面扩散是吸附质分子沿着粒内的孔壁向深处扩散；孔扩散是分子向其它孔中扩散。分子吸附

过程按顺序进行，先外扩散再内扩散而后吸附，脱附（或再生）时逆向进行。吸附是一个传质

过程，传质能力的大小与扩散系数高、低密切相关。

3.2吸附平衡与静吸附容量

吸附现象的产生是由于吸附质分子扩散到吸附剂的表面，在表面力的作用下而在表面上积

聚。但吸附质的分子因其本身的热运动以及外界气体分子的碰撞有可能又脱离了固体表面返回

气佃之中。吸附发生的初期被吸附的分子数较多，随着吸附时间的延续逐渐增加，到某一时刻

时，被吸附的分子数不再增加，也就是吸附表面被覆盖，吸附剂丧失了吸附能力，可称为吸附

达到饱和或吸附平衡。所谓平衡，只是宏观上失去了吸附作用，其实是动态平衡，微观上吸附

仍在进行，只是被吸附的分子数与脱附的分子数相等而已。此时的吸附剂所吸附的吸附质的量

为静吸附容量。

在吸附剂及吸附质一定的情况下，静吸附容量与温度、压力或浓度有关。温度降低静吸附

容量增加；压力升高，静吸附容量增加。

3.3吸附过程与动吸附容量

在固定床吸附器中，气体（或液体）通过吸附剂层时，不是所有吸附剂同时发生吸附作用

而是首先在气体进口处一薄层内发生吸附作用，这一薄层叫做吸附带或传质区。随着吸附时间

的推移，吸附带向出口方向移动，一旦吸附带的前沿达到了吸附器的出口，流出的气体中的吸

附质含量将迅速增加，很快就与气体的初始浓度相同，这一点就是“转效点”。相应从吸附开

始直至转效点的时间为吸附器的工作时间或转效时间。在转效时间内吸附剂对吸附质的平均吸

附量为动吸附容量。

吸附剂的吸附能力可以由物吸附容量和动吸附容量来表示。静吸附容量实质是在吸附达到

平衡时的最大吸附量。而动吸附容量则与吸附带长度及移动速度有关。显而易见它受气流速度

的直接影响。换言之，气体的流动不可能有足够长的时间使吸附剂所有表面都达到吸附平衡，

也就是动吸附容量永远小于静吸附容量。通常为静吸附容量的40〜60%。静吸附容量一般用来

表示吸附剂的性能。设计吸附器时，当然要以动吸附容量为依据。操作中，掌握转效时间是很

重要的，它意味着吸附剂的失效，即吸附器的最长工作时间。

影响动吸附容量的因素：

1）温度：正如前述静吸附容量随温度的升高而降低，所以动吸附容量也同样随温度的升

高而下降。这是因为，吸附是放热过程，温度升高吸附质的分子热运动加强，从吸附表面脱离

返回气体中的分子数增加之结果。

2）压力：压力高其吸附质的分压力也高即浓度提高，单位时间内碰撞吸附剂表面的分子

数增加，因而被吸附的几率增加。所以压力升高静、动吸附容量都增加。值得注意的是，一旦

达到吸附质的饱和状态，随着玉力的再提高，单位体积内吸附质的含量已经不再变化，这时吸

附容量已与压力无关了。

3）流体的流速：流体的流速高，吸附质在吸附床层内停留时间过短，吸附效果差，传质

区增长，动吸附容量小。但流速过低，净化设备单位时间内处理的气量少。从吸附机理方面看,

流体的极限流速是吸附速率。也可以说，最短的停留时间应该是吸附时间。所谓吸附速率是完

成外扩散、内扩散及吸附的全过程的速度。对于物理吸附其吸附速率主要取决于扩散阶段的速

度，而已达到表面发生吸附阶段只在瞬间完成。诚然，假若流体流速高于吸附速率，即停留时

间短于吸附时间，吸附就不会发生，其吸附容量为零。只有在流体流速小于吸附速率的前提下,

才具有流速越低吸附容量越大的规律。

4）吸附剂的再生完善程度：吸附剂的解吸（或再生）越彻底，吸附过程中的吸附容量越

大。解吸是吸附的反过程，所谓解吸，即采用一定的方法将积聚在吸附剂表面的吸附质分子赶

走，恢复吸附剂的吸附能力。当再生温度高，压力低以及解吸气体中吸附质的含量越小，吸附

剂的再生越完善。

需要指出的是，吸附剂经过多次反复地再生，吸附容量会有所减少，吸附性能有一定的衰

减。这是由于吸附剂表面被碳、聚合物等所覆盖，或者吸附剂微孔结晶个别地方被破坏。设计

吸附器时，应予以考虑，留有余量。

5）吸附剂床层高度：在吸附剂的量一定的情况下，吸附器的高度有一最小值。这最低床层高

度就是吸附带长度。当吸附床层高度低于吸附带长度时，吸附器刚一接通，就发生转效。吸附

剂的吸附容量很小或为零。如果吸附器的截面缩小，高度增加，这对提高吸附容量是有利的。

但是随之气体流速增加，阻力加大，吸附壁效应影响大。一旦流速过快，气体的停留时间小于

吸附时间吸附容量会下降为零。虽然，早期吸附器的设户认为有最佳高径比（h/D）,中压

流程纯化器推荐为3~5,但对全低压纯化器并不适用。无论何种吸附器保证吸附床层有足够的

高度还是十分必要的。

4.吸附剂的解吸方法

如前述吸附剂达到转效时，需要解吸。解吸的方法概括起来有四种：

1）加热法。用加热气体使吸附剂升温，供给吸附质分子能量，使之脱附。这是利用吸附容量

随温度升高而减少的原理而实现解吸的。

2）减压法。在吸附进行时操作压力较高，解吸时为常压或抽真空，以降低吸附质的分压，改

变条件破坏原有的吸附平衡，使吸附质的分子脱附。这利用了随吸附质分压力下降，吸附容量

减少的规律。

3）清洗法。向吸附剂床层通入不吸附或难吸附的气体，以稀释吸附质的浓度，降低其分压力

而达到解吸。

4）置换法。向吸附剂床层通入更易被吸附的气体，借以置换已被吸附的吸附质分子，使吸附

质获得解吸。

第三节空气深冷液化的热力学原理

空气液化循环由一系列必要的热力过程组成，制取冷量将空气由气态变成液态。

低温循环的用途，从热力学的观点有下列几种情况：

1）把物质冷却到预定的温度，通常由常温冷却到所需的低温；

2）在存在冷损的条件下，保持己冷却到低温的物质的温度，即从恒定的低温物质中不断

吸取热量；

3）为述两种情况的综合，即连续不断地冷却物质到一定的低温，并随时补偿冷损失，

维持所达到的低温工况。

空气液化循环属于第三种情况，要将空气连续不断地冷却到当时压力下的饱和温度，又要

提供潜热，补偿冷损，维持液化工况。这首先要选择制冷方法，而后组成行之有效的液化循环,

这就是本节所讨论的内容。

一.获得低温液体的方法

要使空气液化，需要从空气中取出热量使其冷却，最后全部成为液体。我们知道，在0.98

Xl（）5pa大气压下，空气液化温度是-191.8C,从300K变为干饱和蒸气需取出222.79kJ/kg热量,

再从干饱和蒸气变为液体需取出168.45kJ/kg热量（即潜热），显然，为使空气液化首先要获

得低温3工业上空气液化常用两种方法获得低温，即空气的节流和膨胀机的绝热膨张制冷.

1.节流

具有一定压力的空气流过节流阀，由于通流截面的突然缩小，气体激烈扰动，压力下降。

由于气体经阀门的时间很短，来不及和外界产生热交换，所以q=0,气体对外也没有作功，Lo=0,

同时认为在阀门前后，气体流速是不变的，即W|=W2像这样的流动过程称为节流。节流过程最

基本的特点是气体在节流前后的焰值不变。

气体节流过程是等焰过程，也就是节流前后气体的总能量不变。节流只是内能和推动功之

间的转化。而内能乂包括内位能及内动能，内动能的大小只与气体温度有关。节流后内动能降

低时节流后的温度下降；内动能不变时节流后的温度也不变；内动能增大时节流后的温度升高。

内动能的变化只有确定了内位能与流动功变化关系后才能确定。气体节流后的压力总是降低

的，其比容增大，内位能总是增大的。只有流动功的变化可能变大也可能不变或变小。当流动

功的变化d(pU)20”时，气体节流时温度降低，此时气体分子间呈吸引力，当d(pU)<0

其绝对值大于内位能的增加值时，气体节流时温度升高，此时气体分子之间排斥力很大。对于

某种气体而言，在节流时内位能的增加正好等于流动功的减少时，节流前后的温度保持不变，

这一温度叫做转化温度。只有在转化温度以下节流才能产生冷效应。

空气经过节流，虽可降温，但对外没有热交换(绝热)，也没有作功。因此，节流前后气

体的总能量不变即等焰过程也就是节流过程本身不产生冷量。但是为了提供一定压力的节流气

体，需要先将气体通过压缩机等温压缩后再由节流阀节流，节流后的气体再经过换热器去冷却

被冷介质，构成压缩、节流、换热流程如图

等温节流流程图

假设将0.98Xl()5pa,30C的空气等温压缩至98Xl()5pa后节流。在焰一温下图中表示，空气的

状态由点1变化到点2,再节流到0.98Xl()5pa,此时温度降到12℃,即图中点3。在热交换器中,

低温的空气吸热，使本身温度从12C-再升到30C-即由点3再恢复到点1,空气此时所吸收的热

量称为等温节流制冷量

T

等温节流循环示意图

可见，节流效应与节流前的压力和温度有关。节流前的温度降低，节流效应增大。节流前

的压力增高，节流效应变小。

综上所述，等温节流制冷时，气体需经历等温压缩和节流膨胀两过程才具有制冷量。这是

因为气体在等温压缩时焰值降低，压缩机的压缩功和气体的焰降都以同一热量的形式传给环境

介质。在等温压缩过程中气体三具备制冷能力。而节流膨胀只不过是一种降温的方法，为气体

在等温压缩时已具备的制冷内因表现出来创造条件。

2.膨胀机的膨胀过程

气体在膨胀机内膨胀，并对外作功，是空分装置制取冷量，获得低温的主要方法。膨胀机

分活塞式和透平式两种，但从能量转换的观点来看，它们的作用是一样的，都是气体的压力降

低，对外作功，使它本身的能量减少，获得冷量，降低温度。

膨胀机膨胀的降温效果比节流耍好的多，这是由丁当气体经过膨胀机膨胀时，除了与节流

一样，由于体积膨胀要克服分子吸引力而消耗分子运动的动能，使气体温度降低外，气体在膨

胀机中又对外作了功，这就要消耗气体本身的能量，使分子的动能进一步减少，因比降温更显

著。实际上，由于气体与气体之间、气体与机器壁面之间，及机器本身的摩擦要消耗一部分功,

摩擦产生的热又传给气体，使膨胀后气体的温度及焙值略有增加，端也有增加。

节流膨胀与等端膨胀的比较：

（1）从降温效果看，等嫡膨胀要比节流膨胀强烈得多。

（2）从结构来看，节流阀结构很简单，操作也方便。而膨胀机是一套机组，结构复杂，操

作、维护要求高。

（3）从使用范围来看，节流阀适用于气体、液体。而膨胀机适用于气体，要防止在膨胀机

膨胀过程中出现液体，否则膨胀机叶轮将加速磨损。

因此，空气液化过程中节流膨胀与等燃膨胀这两种降温方法都使用，互相取长补短。

二.空气液化循环

空气液化循环主要有三种类型：以节流为基础的液化循环；以等烯膨胀与节流相结合的液

化循环；以等焰膨胀为主的液化循环。

一次节流膨胀循环，由德国的林德首先研究成功，故亦称简单林德循环。

1.以节流为基础的液化循环

节流的温降很小，等温节流的制冷量也很少，所以在室温下通过节流膨胀不可能使空气液化，

必须在接近液化温度的低温下节流才有可能液化。因此，以节流为基础的液化循环，必须使空

气预冷，常常采用逆流换热器，回收冷量预冷空气。循环流程的示意图由图1表示。这种循环

也称作为简单林德循环。系统由压缩机、逆流换热器、节流阀及气液分离器组成。图2是简单

林第循环在T-S图的示意图。应用简单林德循环液化空气需要有一个启动过程，首先要经过多

次节流，回收等温节流制冷量预冷加工空气，使节流前的温度逐步降低，其制冷量也逐渐增加,

直至逼近液化温度，产生液空。这一连串多次节流循环如图3所示。

简单林德循环图1

简单林德循环在T-S图2

s

节流的启动过程图3

为讨论简单林德循环的性能指标方便起见，首先将其分为理论简单林德循环及实际简单林德循

环。理论简单林德循环有两个假设：

1）在逆流换热器中冷量被完全回收，即热端温差为零；

2）无冷损失。

理论循环的制冷量qo为：

<10=-T=/?!-/?2式］

液化系数Z应为：

hI-h?

7-------

h、-h。式2

这里还需要指出，冷量qo并不是节流过程产生的。它是压缩机等温压缩时，冷却水带走的

热量比空压机输入的压缩功多-，hT而具有产生冷量的内因。该冷量借助于逆流换热器和节流

阀表现出来。

液化循环总是谋求通过一个循环获得比较多的冷量及比较大的液化系数。式1与式2,当

初始状态印、P2给定时，E及ho均为定值，显然，降低h2才能得到较多的制冷量及较大的液化系

数。

液化系数的最大值所对应的节流前的最高压力，可由气体的T-S图求得。当T产T2一定时，

通过等温线与转化曲线交点的压力即为Z最大值所对应的最高压力。

实际林德循环存在着许多不可逆损失，主要有：

1）压缩机组（包括压缩和水冷却过程）中的不可逆性，引起的能量损失；

2）逆流换热器中存在温差即换热不完善损失；

3）周围介质传入的热量即跑冷损失。

综上所述

1）当pi、Ti一定时，提高P2到一定程度，可以显著提高简单林德循环的经济性，因此通常节流

前的压力选择在20Mpa；

2）为了降低换热器前的热端温度，可以采用预冷的方法，因而出现具有氨预冷的一次节流循

环；

3）适当缩小压力比，能够提高经济性。为了节省能量，尽量保持大的压力差及小的压力比。

压力差较大所获得的等温节流制冷量就多，压力比小，消耗的压缩功就少。因而，可以得到较

大的制冷系数，在这样的前提下，在简单林德循环的基础又出现了具有二次节流的循环。

2.以等燔膨胀与节流为基础的循环

林德循环是以节流膨胀为基础的液化循环，其温降小，制冷量少，液化系数及制冷系数都

很低，而且节流过程的不可逆损失很大并无法回收。采用等烯膨胀，气体工质对外作功，能够

有效地提高循环的经济性。

1902年，克劳特提出了膨胀机膨胀与节流相结合的液化循环称之为克劳特循环，其流程及

在T—S图中的表示见克劳特循环图1,

空气由1点（Tl、P1）被压缩机I等温压缩至2点（P2、T1）经换热器n冷却至点3后分

为两部分，其中MKg进入换热器n、山继续被冷却至点5,再由节流阀节流至大气压（点6）,

这时ZKg气体变为液体。（M—Z）Kg的气体成为饱和蒸气返回。当加工空气为IKg时，另一

部分（1-M）Kg气体，进入膨胀机膨胀至点4,膨胀后的气体在换热器III热端与节流后返回

的饱和空气相汇合，返回换热器n”预冷却MKg压力为P2的高压空气，再逆向流过换热器n,冷

却等温压缩后的正流高压空气。

与分析简单林德循环相同，克劳特循环的性能指标可根据系统热平衡式计算。取ABCD为系统

在稳定工况下:

b

克劳特循环图1

a—克劳特循环流程；b—克劳特循环在T—S图上表示

绝热效率是衡量膨胀机的实际膨胀偏离理论等焙膨胀程度的度量，将在后面膨胀机的章节

详细讨论。

与简单林德循环相比较，克劳特循环的制冷量和液化系数都大，这是由于（1--M）工质在

膨胀机中作功向多制取冷量的结果。

影响该循环制冷量及液化系数的因素主要有：膨胀机中的膨胀空气量的多少；膨胀机机前

压力P2；进膨胀机的温度T3以及膨胀机效率。下面逐一分析各因素的影响：

1）当膨胀前的压力和温度一定，增大进膨胀机的气量，会提高制冷量及液化系数。但并非

越大越好。气体去膨胀机量大了，去节流阀的气体量就少了，膨胀机的制冷量就有可能不能全

部传递给正流气体，也就是说换热器n的工作有可能不正常。所以最佳的膨胀量（1--M）的确

定要兼顾两个条件，既要满足循环系统的热平衡，又要俣证换热器n的正常工作。

2）膨胀量及机前温度一定，膨胀前的压力P2与膨胀量的选取相同，是既要满足循环的热平

衡而乂保证换热器n的正常工作的条件。从空气的T--S图可知，压力升高等温节流制冷量及等

焙膨胀的制冷量都大，所以Z实际、qO实际都会提高。但节流空气量M未变，这时它有可能无

法带走全部冷量，而不能正常。此外，P2还受到膨胀机后不能出现液体的限制，因而克劳特循

环具有最佳的P2值。

3）膨胀机进口温度T3的确定，随着此温度的提高，等燧燧降增大，循环制冷量及液化系数

都增大。由于膨胀前温度的提高，膨胀后的温度也随之提高，这会直接影响换热器口的工作和

节流前温度的提高，减少液化量。

综上所述，在确定克劳特循环最佳参数时，不能仅仅以循环系统的平衡方面考虑，而必须

考虑其膨胀量与节流气量的分配，也就是使换热器传热工况尽可能的完善，这样才能提高循环

的经济性。

从提高机前温度T3可以增加膨胀机制冷量，而且对膨胀机的操作有利出发，海兰德提出了

具有膨胀机之高温高压循环，称之为海兰德循环。此循仄将气体等温压缩后约20MPa的常温

气体分两部分，MKg气体去节流，（1—M）Kg气体进入膨胀机膨胀

第四节氧气的性质

氧是地球上分布最广泛的化学元素之一。空气中就含有约五分之一的氧（按体积）。氧气

不但是工业生产所必须的气体，也是地球上有生命的机体赖以生存的物质。氧气对于钢铁工业

主要是用来强化冶炼过程，例如：高炉富氧鼓风炼铁，纯氧顶吹转炉炼钢等等。因此，对于氧

的性质必须有所了解。

氧在常温及大气压力下，为无色透明、无臭、无味的气体，比空气略重。液态氧是天蓝色

透明而易于流动的液体。由于液氧温度很低，与人体接触时易引起冻伤，这是操作制氧机时必

须注意的安全问题。当液氧冷却至-218C时，它就成为蓝色的固态结晶。

氧的化学性质很活泼，它非常容易与其他物质化合生成化合物，这样的化学过程称为氧化

反应。如果氧化反应是在纯氧中进行，这种过程就进行的非常剧烈，同时放出大量的热。用氧

气强化钢铁冶炼过程就是利用这个道理。在纯氧顶吹转炉炼钢时，吹入高纯度氧气

（98.5-99.6%）,氧便和碳以及磷、硫、硅等起氧化反应，这不但降低了钢的含碳量，清除磷、

硫、硅等杂质，而且氧化过程中所产生的热量足以维持炼钢过程中所需要的温度，因而缩短了

冶炼时间，提高了钢的质量。氧还可助燃。它与可燃性气体（氢、乙烘、甲烷等）按一定比例

混合后易于爆炸。在火箭技术中液氧可作为氧化剂。液氧还可作炸药，所以它是一种重要的国

防物品。各种油脂与压缩的氧气接触时，可发生自燃现象。被氧饱和的衣服及其他纺织品与火

种接触时立即着火，所以制氧车间要严禁烟火。氧还具有一种非常奇特的性质，就是感磁性。

也就是说，氧分子在磁铁的作用下可带磁性，并可被磁极所吸引。根据氧的这种特性制作氧的

磁性分析仪，以分析氧的纯度。由于氧在工业生产和科学技术发展中有重要用途，因此人类早

已用不同方法制取氧气。工业上制氧的方法有：化学法、电解法、吸附法和深冷法c其中深冷

法最经济，又能大量制取氧气，因而成为目前工业上制取氧气的主要方法。

深冷法制氧是以自然界中取之不尽、用之不竭的空穹为原料，使其在低温下液化精馄，分

离为氧气和氮气。空气分离装置（通称制氧机）就是利用深冷法分离空气以制取氧气和氮气的

一种机械。低温液化精微法的实质就是利用氧、氮沸点不同把空气分离为氧气和氮气。所以要

熟悉制氧机的操作原理，就必须了解空气低温液化精像原理，这一节就是介绍这方面的内容。

第二章空分设备工艺流程

第一节空气分离设备术语

在学习空分设备基本知识之前，我们先来了解空分设备上使用的一些术语。

一、空气分离设备基本术语

1、空气

存在于地球表面的气体混合物。接近于地面的空气在标准状态下的密度为1.2gkg/nf。主

要成分是氧、氮和僦；以体积含量计，氧约占20.95%,氮约占78.09%,僦约占0.932%,此外

还含有微量的氢及敏、氮、氮、纲等稀有气体。根据地区条件不同，还含有不定量的二氧化碳、

水蒸气及乙快等碳氢化合物。

2、加工空气

指用来分离气体和制取液体的原料气。

3、氧气

分子式分子量31.9988（按1979年国际原子量），无色、无臭的气体。在标准状态下

的密度为L429kg/m3,熔点为54.75K,在101.325kPa压力下的沸点为90.17K。化学性质极活

泼，是强氧化剂。不能燃烧，能助燃。

4、工业用工艺氧

用空气分离设备制取的工业用工艺氧，其含氧量（体积比）一般小于98机

5、工业用气态氧

用空气分离设备制取的工业用气态氧，其氧含量（体积比）大于或等于99.2%。

6、高纯氧

用空气分离设备制取的氧气，其氧含量（体积比）大于或等于99.995%

7、氮气

分子式用，分子量28.0134（按1979年国际原子量），尢色、尢臭、的惰性气体。在标准

状态下的密度为1.251k下泡,熔点为63.29K,在101.325k为威力下的沸点为77.35K。化学性质

不活泼，不能燃烧，是一种窒息性气体。

8、工业用气态氮

用空气分离设备制取的工业用气态氮，其氮含量（体积比）大于或等于98.5%。

9、纯氮

用空气分离设备制取的氮气，其氮含蓄量（体积比）大于或等于99.995%。

10、高纯氮

用空气分离设备制取的氮气，其氮含蓄量（体积比）大于或等于99.9995%。

11、液氧（液态氧）

液体状态的氧，为天蓝色、透明、易流动的液体。在101.325kPa压力下的沸点为90.17K,

密度为IMOkg/m:可采用低温法用空气分离设备制取液态或用气态氧加以液化。

12、液氮（液态氮）

液体状态的氮，为透明、易流动的液体。在10L325kPa压力下的沸点为77.35K,密度为

81（kg/n?。可采用低温法用空气分离设备制取液态氮或用气态氮加以液化。

13、液空（液态空气）

液体状态的空气，为浅蓝色、易流动的液体。在101.325kPa压力下的沸点为78.8K,密度

为873kg/m\液空是空气分离过程中的中间产物。

14、富氧液空

指氧含量（体积比）超过的20.95%的液态空气。

15、微分液氮（污液氮）

在下塔合适位置抽出的、氮含量（体积比）一般为95%〜96%的液体。

16、污氮

由上塔上部抽出的、氮含量（体积比）一般为95%~96%的液态体。

17、标准状态

指温度为0°C、压力为10L325kPa时的气体状态。

18、空气分离

从空气中分离其组分以制取氧、氮和提取版、笈、氯、氮、包等气体的过程。

19、节流

流体通过锐孔膨胀血小作功来降低压力。

20、节流效应（焦耳一汤姆逊效应）

气体膨胀不作功产生的温度变化。

21、膨胀：流体压力降低，同时体积增加。

22、等端膨胀效应：气体在等嫡膨胀时，由于压力变化产生的温度变化。

23、空气膨胀：空气在膨胀机内绝热膨胀，同时对外作功的过程。

24、氮气膨胀：氮气在膨胀机内绝热膨胀，同时对外作功的过程。

25、一次节流的液化知循环（林德循环）

以高压节流膨胀为基础的气体液化循环，其特点是循环气体既被液化又起冷冻作用。

26、带膨胀机的高压液化循环（海兰德循环）

对外作功的绝执膨胀与节流膨胀配合使用的气体液化循环，其特点是膨胀机进口的气体

状态为局压常温。

27、带膨胀机的中压液化循环（克劳特循环）

对外作功的绝执膨胀与节流膨胀配合使用的气体液化循环，其特点是膨胀机进口的气体状

态为中压低温。

28、带膨胀机的低压液化循环（卡皮查循环）

对外作功的绝热膨胀与节流膨胀配合使用的气体液化循环，其特点是膨胀机进口的气体状

态为低压低温。

29、斯特林循环：由两个等温过程和两个等容过程组成的理论热力循环。

整个循环通过等温压缩、等容冷却、等温膨胀、等容加热等四个过程来完成。

30、升华：从固相直接转变为汽相的相变过程。

31、温差：指冷热流体两表面或两环境之间有热量传递时的温度差别。

32、热端温差：指冷热流体间在换热器热端的温度差。

33、中部温差：指冷热流体间在换热器中部的温度差。

34、冷端温差：指冷热流体间在换热器冷端的温度差。

35、液氧循环量

由冷凝蒸发器底部抽出部分液氧流经吸附器，在清除这部分液氧中的碳氢化合物后再回入

冷凝蒸发器的液氧量。

36、入上塔膨胀空气（拉赫曼空气）

由下塔底部抽出部分空气、经切换式换热港冷段复热，进入透平膨胀机构热膨胀后直接送

入上塔参加精帽的空气。

37液汽比（回流比）：在精微塔中下流液体量与上升蒸汽量之比。

38液泛：在精储塔中上升蒸汽速度过高，阻止了液体正常往下溢流的工况。

39、漏液：在筛孔板精储塔中因上升蒸汽速度过低，使液体从筛孔泄漏的工况。

40、变压吸附

利用压力效应的吸附工艺在吸附一再生操作周期中，较高压力下吸附，较低压力下（或负

压）下再生的过程。

41、跑冷损失

在低于环境温度下工作的设备与周闱介质存在的温差所产生的冷量损失。

42、复热不足损失

在换热器热端冷热流体间存在的温差而导致冷量回收不完全的损失。

43、冷量损失

指空气分离设备的冷箱由于跑冷损失和复热不足损失的冷量损失。

44、提取率：产品气体组分的总含量与加工空气中该组分的总含量之比。

45、单位能耗：指空气分离设备生产单位产品气体所消耗的电能。

46、低压流程：正常操作压力大于至小于或等于l.OMPa的工艺流程。

47、中压流程：正常操作压力大于l.OMPa至小于或等于5.OMPa的工艺流程。

48、高压流程：正常操作压力大于的5.OMPa工艺流程

49、高低压流程：高压流程与低压流程相结合的流程。

50、带分子筛吸附器低压流程

采用分子筛吸附器来清除空气中水分和二氧化碳及碳氢化合物的低压流程。

51、空气分离设备

以空气为原料，用低温技术把空气分离成氧氮氧及其他稀有气体的成套设备。

52、大型空气分离设备

指生产氧气产量大于或等于10000n?/h（标准状态）的成套空气分离设备。

53、中型空气分离设备

指生产氧气产量大于或等于1000m3/h至小于10000m7h（标准状态）的成套空气分离设备。

54、小型空气分离设备

指生产氧气产量小于100Cm7h（标准状态）的成套空气分离设备

二、稀有气体提取基本术语

1、稀有气体提取设备

用以提取纯氮、纯岚、纯氮、纯氮、纯债等气体产品的设备。一般需与空气分离设备配用。

2、稀有气体

指氮、就、氨、氮、包五种气体。无色，无臭的气体。空气中的体积含量为0.932虬在标

准状态下的密度为1.874kg/m\熔点为84K,在101.325kPa压力下的沸点为87.291K。不活泼,

不能燃烧，也不助燃。主要用于金属焊接、冶炼等。

2.3氧气分子式Ar,原子量39.948（按1983年国际原子量），是一种无色、无臭的气体。

空气中的体积含量为0.932%o在标准状态下的密度为1.784kg/n?,熔点为84K。在101.325压

力下的沸点为87.291K。不活泼，不能燃烧，也不能助燃。主要用于焊接、冶炼等。

4、纯氮：用空气分离设备提取的纯氢，其氮含量（体积比）大于或等于99.99%。

5、液氢：液体状态的氮，是一种无色、无臭、呈透明的液体。

6、强气

分子式Ne,原子量20.179（按1983年国际原子量），是一种无色、无臭的气体。空气中

的体积含量为1.8X10^0在标准状态下的密度为0.8713kg/n?,熔点为24.57K。在101.325kPa

压力下的沸点为27.09K。不活泼，不能燃烧，也不助燃。主要应用于照明技术等。

7、纯负：用空气分离设备提取的纯翅，其敏含量［体积比）大于或等于99.99机

8、液翅：液体状态的敏阳一种无色、无臭呈透明的液体。液敏常用作低温源。

9、氮气

分子式He,原子量4.0026（按1983年国际原子量），是一种无色、无臭的气体。空气中

3

的体积含为5.24X101%o在标准状态下的密度为0.1769kg/mo在101.325kPa压力下的沸点为

4.215Ko不活泼，不能燃烧，也不助燃。主要用于检漏、焊接、低温研究、特种重金属冶炼、

色谱分析载气、潜水呼吸气等。

10、纯家：用空气分离设备提取的纯氮，其家含量（体积比）大于或等于99.99%。

11＞液氮

液体状态的氮，为无色透明的液体，沸点最低，是一种最主要的低温源。

12、氮气

分子式Kr。原子量83.80（按1983年国际原子量）是一种尢色、尢臭的气体。空气中的

体积含量为1.0X10'%。在标准状态下的密度为3.6431kg/m\熔点116.2K。在10L325kPa压

力下的沸点为119.79K。不活泼，不能燃烧，也不助燃。主要用于电真空及电光源等工业。

13、纯氮：用空气分离设备提取的纯氮，其氨含量（体积比）大于或等于99.95%。

14、猷气

分子式Xe。原子量131.80（按1983年国际原子量）是一种无色、无臭的气体，空气中的

体积含量为8.0X10%。在标准状态下的密度为5.89kg/n?。熔点161.65K。在压力下的沸点为

165.02Ko不活泼，不能燃烧，也不助燃。主要用于电光源工业，也用于医疗、电真空、激光

等领域。

15、纯晁：用空气分离设备提取的纯氤，其值含量〔体积比）大于或等于99.95机

16、氧一分

从上塔合适部位提取一股氧、氟、氮混合气作为融提取设备的原料气体。具组分（体积含

量）氮为氮一般小于0.06%,其余为氧。

17、氧回流液

在粗筑塔中精播洗涤下来的氧、氮、氮混合液，其组分与氮馀分气体成相平衡。

18、粗瓶

由粗氮塔塔顶获得的氮含量（体积比）大于或等于96%,其余为氧和氮的混合气体。

19、富氧液空蒸汽：由粗氨塔冷凝器蒸发侧的富氧液空蒸发形成的蒸汽。

20、富氧液空回流液

为避免粗氨冷凝器蒸发侧富氧液空中碳氢化合物的浓缩，排放一部分富氧液空返回上塔。

21、笈氮偏分：从冷凝蒸发器顶部抽取的须、氢、氮混合气体，作为笈氮提取设备的原料

气。

22、粗岚馅分

负氨镭分经粗敏氮塔分离而获得负氨浓缩物。其息和氮的总含量（体积比）为301r50乐

其余为氮及少量氢的混合气体。

23、筑家混合气

经除氢和氮后所获得的翻氨混合气体，其